的特性阻抗的微带线分段。具有高特性阻抗Z。的微带线可能需要更难制造的低长径比，并 且在一些示例中可能限制品质因数。一个示例方法是将第三分割阶段及其后续阶段中的传 输线的特性阻抗限制在例如Z。= 140Q~170Q的范围内。此外，诸如图2C中针对8个 共振器所示等，可以使用小的锥形部分来建立功率分割器。
[0058] 图3是示出示例电子自旋共振过程300的流程图。示例过程300的全部或者部分 可以使用诸如例如图1中所示的示例共振器装置100、或者图2A、2B和2C中所示的示例共 振器装置200、230或260、或者其它类型的共振器装置等的共振器装置来实现。过程300、 过程300的个别操作或者操作的组可以迭代或者同时进行以实现所期望的结果。在某些情 况下，过程300可以包括以相同或不同的顺序所进行的相同、附加、更少或者不同的操作。
[0059] 首先，可以将包含电子自旋的集合的样品放置在静止的外部磁场中，并且该外部 磁场可以（至少部分地）对该集合进行偏振并且限定电子自旋的共振频率。该样品可以定 位在ESR共振器装置的样品体积中。
[0060] 在302中，提供激励和控制信号给ESR共振器装置。在一些示例中，激励和控制信 号是在外部生成的（即，在ESR共振器装置外部）并且通过ESR共振装置上的一个或多个 引线被提供给ESR共振器装置。例如，可以通过连接至ESR共振器装置的端子的外部电子 装置来生成激励和控制信号。
[0061] 在某些情况下，ESR共振器装置的各端子包括端子输入和多个端子输出分段，并且 端子输出分段親合（例如，电容性親合）至多个共振器。端子可以用作将来自端子输入的 激励和控制信号分割并传送至端子输出分段的功率分离器，并且端子输出分段可以将激励 和控制信号馈送至共振器。作为示例，可以在图1所示的示例共振器装置1〇〇的端子IlOa 和IlOb处接收激励和控制信号。端子IlOa和IlOb可以将激励和控制信号传送至各端子 分段116a和116b。
[0062] 在一些实现中，激励和控制信号可以是微波信号。例如，激励和控制信号的频率可 以在IGHz~50GHz的范围内。在一些示例中，激励和控制信号的频率是ESR共振器装置的 期望共振频率。例如，如果ESR共振器装置具有IOGHz的共振频率，则可以以IOGHz向ESR 共振器装置供电。
[0063] 在一些实现中，激励和控制信号被提供给布置在基板上的平面线圈，其中平面线 圈包括多个平行的导体。例如，平面线圈可以包括由端子IlOa和IlOb的导体所形成的表 面线圈、以及图1中的示例共振器装置100的共振器120的平行导体122。
[0064] 在304中，激励和控制信号被提供给ESR共振器装置的共振器。在一些示例中，激 励和控制信号是从端子输出分段提供给共振器的。例如，可以通过端子输出分段与共振器 的各末端之间经由介电间隙的电容性耦合来提供激励和控制信号。在一些示例中，激励和 控制信号可以从各端子输出分段被同相地传送至各共振器。例如，所有共振器可以在共振 器上各自的位置处接收到具有共同相位的相同的信号。这样，各共振器上的信号的相位在 每个时刻可以大致相同。
[0065] 在306中，共振器在ESR共振器装置的样品体积上生成时间变化（例如，微波频 率）磁场。例如，共振器可以将激励和控制信号转换成样品体积中的磁场。在一些示例中， 共振器在例如由微波信号供电的情况下可以生成微波磁场。该磁场可以与表面线圈邻接并 且与基板相对地生成。在一些实现中，该磁场在样品区域（例如，平面样品区域）中可以是 平面内均匀的，以使得该磁场在横跨样品区域的平面中是均一的。该场在强度上可以是大 致均一的，并且占据与样品的体积良好匹配的小模体积。所生成的磁场可以被施加至例如 用于脉冲ESR的样品区域中的一个或多个样品。
[0066] 在308中，共振器所生成的磁场操作样品体积中的电子自旋。共振器所产生的磁 场的频率可以调谐至样品中的电子自旋的共振频率。在一些实现中，磁场的持续时间和功 率（由共振器在306中产生）可以被指定为以特定的角度使电子自旋转动。在一些示例中， 在给定样品中可能存在具有不同共振频率的电子自旋，并且微波场的频率可以调谐为选择 性地操作电子自旋的特定集合。
[0067] 在某些情况下，ESR共振器装置基于样品体积中的电子自旋的动态来生成检测信 号。例如，随着电子自旋的进动，电子自旋可以在整个共振器上产生电动势（emf)，并且该感 应emf可以被检测为ESR共振信号。
[0068] 图4A和4B是示例共振器装置模拟的示意图。图4A是包括4个共振器的示例共振 器装置404的示例模拟的示意图402,并且图4B是包括8个共振器的示例共振器装置454 的示例模拟的示意图452。数值模拟是通过Ansoft高频结构模拟器（AnsoftHFSS)来进行 的。
[0069]如图4A所示，示例共振器装置404受到沿z轴的外部磁场BQ(410)的影响。该外 部磁场410与4个共振器416的导体平面平行，从而避免磁场410穿透共振器416。激励和 控制信号可以被施加至共振器装置404的端子414a和414b并且被传送至共振器416。共 振器416可以生成磁场408。样品区域406位于共振器装置404的基板表面418上方。磁 场408可以在与基板表面418平行的平面中沿y轴均一分布。磁场408可以具有小模体积。 在一些示例中，磁场408的均一,性水平依赖于相对于基板表面418沿X轴的高度。在一些 示例中，在较高位置（例如，100ym)处，磁场408可以变得高度均一并且可以将自旋系统的 样品区域406置于该位置处以经受均一磁场408。
[0070] 类似地，在图4B中，将共振器装置454与8个共振器466的导体平面平行地沿z 轴置于外部磁场BJ460)中。8个共振器466可以是边缘耦合的并且可以生成具有沿y轴 均一分布的磁场458。平面样品区域456位于基板表面468上方并且与基板表面468平行， 以使得磁场458在整个样品区域456中是均一的。置于样品区域456中的样品可以经受例 如用于ESR的均勾磁场。
[0071] 在一些实现中，例如通过对施加至共振器装置（例如404或454各自）的激励和控 制f目号（例如在频率、振幅、持续时间等方面）进彳丁控制，可以调整磁场（例如，408或458) 的特性（例如，方向、强度、时间持续期、模体积共振频率等）。在另一些实现中，共振器装置 404和454可以被修改为提供期望磁场特性。例如，邻接共振器（例如，416或466)之间的 间距可以被调整为提供出现在期望高度处的均一磁场。端子和共振器阵列的大小（例如， 长度、宽度、间距和形状等）以及其它特性（导体和基板材料、基板的厚度、导体的厚度、介 电常数和衰减常数等）可以被调整为用以提供期望品质因数和模体积。在提供共振器装置 所生成的期望磁场时可以并入和实现附加或不同的因素。
[0072] 在一些示例中，可以对装置的各方面（例如，辐射、耦合、封装和连接器的效果等） 进行全波模拟。在一些示例中，通过研究共振器装置的等效电路模型可以获得对装置功能 性的新见解。作为示例，针对包括N个相同共振器的阵列的共振器装置，在间隙的尺寸大的 情况下共振器可以针对高品质因数的情况以高阻抗终止（接近开路）。图5A、5B和5C示出 了示例共振器装置的一些示例等效电路模型。
[0073] 图5A是示出具有N个相同共振器的阵列的共振器装置的示例等效电路模型500 的电路图。例如，电路模型500可以用于对图2A、2B和2C所示出的示例共振器装置200、 230和260的某些方面进行建模。在图5A所示的示例中，等效并联RLC电路502对半波共 振器建模，并且型电容器电路504对馈线与共振器之间的间隙建模。集总电路参数R、L 和C可以例如以传输线特性阻抗Z。、相位常数0和与共振器相关联的衰减常数a的形式 来得出。
[0074] 图5B是示出图5A的电路模型500的简化版本的示例的电路图525。在对于所有 共振器而言所有馈线和间隙大小都相同的情况下，图5A中的A、B、C、D和E节点的所有集 合都可以具有相同电位。因此，如图5B所示，A、B、C、D和E节点可以彼此相连，并且作为结 果，该电路可以简化为单个有效共振器。根据该简化电路图525, 型电容器电路中的有效 耦合Ji型电容器与Ji型电容器电路504中的JT型电容器相比增加为N倍。因此，针对N 个共振器的耦合集合，可以利用是单个共振器情况下的耦合电容器的1/N的耦合电容器来 实现临界耦合。此外，等效共振器的内部品质因数Qint= ?JC与单个共振器相比可以大体 保持不变。
[0075] 图5C是示出馈送部分（例如，端子处的功率分割部分）的示例诺顿表示的电路图 550。在图5C中，源阻抗Rs (或输出中的1〇和JT型电容器网络之间的串联被转换成Ifin和 CU或和C^ut)的诺顿等效并联。根据如下公式可以计算Ifin和CU或ICt和C二t):
[0080] 其中，'是共振器的第一共振频率。在共振器装置的端子处使用50Q微带线的 情况下，Rs=RL=Z。= 50Q。
[0081] 图f5D是示出并入全部耦合部分后的示例有效共振器的电路图575。通过将输入输 出两个部分的影响考虑到有效共振器中，图f5D中所示的有效并联RLC共振器可以具有如下 参数：
[0085] 其中，Qint、QMJP? \可以分别表示内部品质因数、外部品质因数和偏移后的共